JP2011011331A - 被覆された切削工具インサート - Google Patents
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Abstract
【課題】摩耗及び靭性の要求が厳しい切削操作に有用なＣＶＤ被覆の切削工具を提供する。
【解決手段】本発明は、被膜と基材を含む被覆された切削工具であって、基材が、２つの隣接するＴｉ（Ｃ，Ｎ）層を含む４〜１０μｍ厚さの被膜で少なくとも部分的に被覆され、内側の層の残留応力状態と外側の層の残留応力状態との差Δが、切れ刃の少なくとも一部及び／又はすくい面の少なくとも一部上で１０００ＭＰａ≦Δ≦２５００ＭＰａである、被覆された切削工具に関する。
【選択図】なし
【解決手段】本発明は、被膜と基材を含む被覆された切削工具であって、基材が、２つの隣接するＴｉ（Ｃ，Ｎ）層を含む４〜１０μｍ厚さの被膜で少なくとも部分的に被覆され、内側の層の残留応力状態と外側の層の残留応力状態との差Δが、切れ刃の少なくとも一部及び／又はすくい面の少なくとも一部上で１０００ＭＰａ≦Δ≦２５００ＭＰａである、被覆された切削工具に関する。
【選択図】なし
Description
本発明は、旋削、転削、ドリル加工、又は類似のチップ成形機械加工法による金属の機械加工に適したＣＶＤ被覆の切削工具インサートに関する。
現在の生産性の高い金属のチップ成形機械加工では、高い耐摩耗性、優れた靱性特性、高表面仕上げの加工物を生成する能力、チップハンマリング（ｃｈｉｐ ｈａｍｍｅｒｉｎｇ）に対する抵抗性を有し、妥当な低切削力を作り出すことができ、そして塑性変形に対して優れた抵抗性を有する信頼性のある切削工具インサートが要求される。
現在の超硬工具は、一般にツールホルダーに固定されたスローアウェイチップ（ｉｎｄｅｘａｂｌｅ ｉｎｓｅｒｔ）の形状であるが、超硬ドリル又はフライスの形態であることもできる。ＴｉＣ、ＴｉＣxＮy、ＴｉＮ、ＴｉＣxＮyＯz及びＡｌ2Ｏ3のような種々のタイプの硬質層で被覆された超硬切削工具インサートは、何年にもわたって市販されている。多層構造の幾つかの硬質層が一般にこのような被膜を構成する。個々の層の順序及び厚さは、様々な切削適用領域や加工物材料に適合するよう注意深く選択される。
被膜は、化学気相成長（ＣＶＤ）又は物理気相成長（ＰＶＤ）技術によって最もよく堆積される。
ＣＶＤ技術には幾つかの利点がある。ＣＶＤ技術により、大きな被膜バッチが可能となり、複雑な形状のインサート上に良好な被膜厚さの分布を有する被膜が生成され、Ａｌ2Ｏ3及びＺｒＯ2のような非導電性の層を堆積することができる。多くの異なる材料、例えば、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＣ、Ｔｉ（ＣxＮy）、ＴｉＮ、Ｔｉ（ＣxＮyＯz）、Ｚｒ（ＣxＮy）、Ｔｉ（ＣxＮy）及びＺｒＯ2を同じ被覆操作において堆積することができる。
ＣＶＤ技術は、９００〜１０５０℃のかなり高い温度範囲で一般に実施される。この高い堆積温度のためにそして堆積された被膜材料と超硬工具基材との間の熱膨張係数が一致しないために、ＣＶＤによって冷却割れや引張応力を有する被膜が生成する。それゆえ、ＣＶＤ被覆のインサートは、切削操作で使用した場合にＰＶＤ被覆のインサートよりも脆いようである。
ＰＶＤプロセスは、４５０〜６５０℃のはるかにより低い温度で行われ、そして強いイオン衝撃下で実施され、それによって高い圧縮応力を有する割れのない層が得られる。この高い圧縮応力によりそして冷却割れがないことで、ＰＶＤ被覆の工具インサートはＣＶＤ被覆の工具インサートよりもはるかに丈夫であり、それゆえ断続切削操作、例えば、転削において好ましい場合が多い。ＰＶＤ被覆のインサートの欠点は、一般的にはＣＶＤ被覆のインサートと比較した場合に耐摩耗性がより低く、そして被膜の付着が不十分であるということである。
したがって、高い耐摩耗性を維持しつつ、ＣＶＤ被覆の工具インサートの靱性挙動を改善する手段を見出そうと絶え間ない努力がなされている。
ブラッシング又は湿式吹付け加工による被覆された工具インサートの後処理が幾つかの特許において開示されている。その目的は、特許文献１及び２で開示されているように滑らかな切れ刃を達成すること及び／又はエッジラインに沿ってＡｌ2Ｏ3を露出させること、又は特許文献３で開示されているようにＴｉＮが逃げ面で摩耗検出層として使用される場合にすくい面上にも最上層としてＡｌ2Ｏ3を得ることである。ＣＶＤ被膜表面を湿式又は乾式吹付け加工などの衝撃力にさらす全ての処理技術は、特許文献４で開示されているように被膜の引張応力を低下させ、それによって被覆工具の靱性を改善する。乾式吹付け加工法は特許文献５に開示されている。ここで、非常に高い吹付け加工圧力は高い圧縮応力を得るのに用いられる。このような高い吹付け加工圧力によって被膜が劣化し、平坦でないエッジラインが生成し、これは鋭いエッジ（半径＜３５μｍ）を有するインサートに関して特に顕著である。
本発明の目的は、摩耗及び靭性の要求が厳しい切削操作に有用なＣＶＤ被覆の切削工具を提供することである。
本発明の更なる目的は、改善された特性を有するＣＶＤ被覆の切削工具を製造する方法を提供することである。
大きく改善された靭性性能及び高い耐摩耗性は本発明による切削工具インサートによって達成できることが見出された。本発明者らは、異なる特性を有する２つの隣接するＴｉ（Ｃ，Ｎ）摩耗層を含む被膜を備えた切削工具インサートが低合金鋼及びステンレス鋼を切削する場合に高い耐摩耗性と優れた靭性特性を有することを見出した。
切削の際、外側のＮリッチ層がエッジラインに沿った被膜断片のスミアリング（ｓｍｅａｒｉｎｇ）及び引き抜きがない被覆インサートを付与し、それはスミアリング材料の切削に特に有用であることが見出された。より炭素リッチな（１１１）及び／又は（４２２）組織の内側層がインサートに優れた耐逃げ面摩耗性を付与する。
本発明は、被膜と基材を含み、少なくとも１つのすくい面、少なくとも１つの逃げ面、及び少なくとも１つの切れ刃を有するほぼ多角形又は円形のボディーを含む被覆された切削工具に関する。さらに、本発明は、本発明による工具を製造する方法に関する。
本発明は、被膜と基材を含む被覆された切削工具であって、基材が、２つの隣接するＴｉ（Ｃ，Ｎ）層である内側のＴｉ（Ｃx，Ｎy）層（式中、ｘ＋ｙ＝１）と外側のＴｉ（Ｃi，Ｎj）層（式中、ｉ＋ｊ＝１）を含む４〜１０μｍ厚さの被膜で少なくとも部分的に被覆され、ｊ＞ｙであり、内側のＴｉ（Ｃx，Ｎy）層の残留応力状態と外側のＴｉ（Ｃi，Ｎj）層の残留応力状態との差Δが、切れ刃の少なくとも一部及び／又はすくい面の少なくとも一部上で１０００ＭＰａ≦Δ≦２５００ＭＰａである、被覆された切削工具に関する。
内側のＴｉ（Ｃx，Ｎy）層は低温領域（７５０〜８３５℃）で堆積され、第２の外側のＴｉ（Ｃi，Ｎj）層はより高い温度範囲（９５０〜１０５０℃）で堆積される。この外側層は、ｊ＞ｙであるより高いＮ含有量を有し、そしてσouter＜０及びσouter＜σinnerである圧縮応力を有し、式中、σouterは外側のＴｉ（Ｃi，Ｎj）層の残留応力状態であり、σinnerは内側のＴｉ（Ｃx，Ｎy）層の残留応力状態である。
内側のＴｉ（Ｃx，Ｎy）層と外側のＴｉ（Ｃi，Ｎj）層との応力状態の差Δは以下のように規定される。
σouter＜０及びσinner＞０の場合、Δ＝｜σouter｜＋｜σinner｜、又は
σouter＜０及びσinner＜０の場合、Δ＝｜σouter｜−｜σinner｜
σouter＜０及びσinner＞０の場合、Δ＝｜σouter｜＋｜σinner｜、又は
σouter＜０及びσinner＜０の場合、Δ＝｜σouter｜−｜σinner｜
１つの実施態様では、内側のＴｉ（Ｃx，Ｎy）層の残留応力状態と外側のＴｉ（Ｃi，Ｎj）層の残留応力状態との差Δは、切れ刃若しくはすくい面上で又は切れ刃及びすくい面上で１０００ＭＰａ≦Δ≦２５００ＭＰａである。
１つの実施態様では、内側のＴｉ（Ｃx，Ｎy）層の残留応力状態は＋５００ＭＰａ〜−４００ＭＰａであり、外側のＴｉ（Ｃi，Ｎj）層の残留応力状態は−９００ＭＰａ〜−２４００ＭＰａである。
１つの実施態様では、内側のＴｉ（Ｃx，Ｎy）層と外側のＴｉ（Ｃi，Ｎj）層の両方の残留応力状態は＜０である。
１つの実施態様では、内側のＴｉ（Ｃx，Ｎy）層は、半値幅として測定される０．０５〜０．５μｍの範囲内の粒子サイズを有する円柱状粒子を含み、断面試料上にその粒子を含む。外側のＴｉ（Ｃi，Ｎj）層は、層の厚さに依存して円柱状からより等軸の形状であることができる。異なる層の粒子サイズは、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡法）、すなわち、半値幅を用いた研削及び研磨断面の顕微鏡写真によって測定される。
１つの実施態様では、内側のＴｉ（Ｃx，Ｎy）層は２〜６μｍの厚さを有し、外側のＴｉ（Ｃi，Ｎj）層は２〜６μｍの厚さを有する。
更なる実施態様では、内側層は、顕著な（１１１）及び／又は（４２２）組織、すなわち、中程度の強さの（１１１）組織から強い（４２２）組織までの何らかの組織、又は両配向の中程度の強さの組織の混合体を有する。それゆえ、ＴＣ（１１１）＋ＴＣ（４２２）の合計は、内側のＴｉ（Ｃx，Ｎy）層を規定するのに用いられる。＜１１１＞及び＜４２２＞方向の結晶成長は類似の配向を有する。対応する結晶面間の角度はわずか約１９°である。内側のＴｉ（Ｃx，Ｎy）層は顕著な結晶学的組織を有し、組織係数ＴＣ（１１１）＋ＴＣ（４２２）≧２．５であり、式中、ＴＣ（１１１）＞０．４及びＴＣ（４２２）＞０．４であり、ＴＣは以下によって規定される。
式中、Ｉ（ｈｋｌ）はＸＲＤによって決定され、
Ｉ（ｈｋｌ）＝（ｈｋｌ）反射の測定強度
Ｉ0（ｈｋｌ）＝ＡＳＴＭ規格の粉末パターン回折データの標準強度
ｎ＝計算に用いた反射数、用いた（ｈｋｌ）反射は（１１１）、（２００）、（２２０）、（３３１）、（４２０）、（４２２）である。
Ｉ（ｈｋｌ）＝（ｈｋｌ）反射の測定強度
Ｉ0（ｈｋｌ）＝ＡＳＴＭ規格の粉末パターン回折データの標準強度
ｎ＝計算に用いた反射数、用いた（ｈｋｌ）反射は（１１１）、（２００）、（２２０）、（３３１）、（４２０）、（４２２）である。
なお更なる実施態様では、被膜は、立方晶構造を有するＴｉ（Ｃm，Ｎn）の第１の最も内側の層をさらに含み、ｍ＋ｎ＝１、ｎ＞ｍ、最も好ましくはｎ＞０．８であり、平均直径又は長さが＜０．３μｍである等軸又は細長い粒子を有し、合計厚さ（ｄ）が０．１＜ｄ＜１．５μｍである。
１つの実施態様では、切削工具は、外側のＴｉ（Ｃi，Ｎj）層の上面を０．５〜３μｍの厚さを有するＰＶＤ層、例えば、Ａｌ2Ｏ3、Ｔｉ（Ａｌ，Ｎ）で被覆される。
１つの実施態様では、基材は、超硬合金、好ましくはＷＣに基づく超硬合金、サーメット、ｃＢＮ、高速度鋼、又はセラミック材料から作成される。
更なる実施態様では、被覆された切削工具は切削工具インサートである。
本発明はまた、被膜と基材を含む被覆された切削工具を製造する方法であって、被膜が、２つの隣接するＴｉ（Ｃ，Ｎ）層である内側のＴｉ（Ｃx，Ｎy）層（式中、ｘ＋ｙ＝１）と外側のＴｉ（Ｃi，Ｎj）層（式中、ｉ＋ｊ＝１）を含み、ｊ＞ｙであり、被膜が湿式吹付け加工操作にさらされ、内側のＴｉ（Ｃx，Ｎy）層の残留応力状態と外側のＴｉ（Ｃi，Ｎj）層の残留応力状態との差Δが、切れ刃の少なくとも一部及び／又はすくい面の少なくとも一部上で１０００ＭＰａ≦Δ≦２５００ＭＰａであるようにされる方法に関する。
１つの実施態様では、本方法は、好ましくは、８７０〜９５０℃で従来のＣＶＤ技術を用いて０．５〜１μｍの薄いＴｉＮ出発層を堆積することから開始される。次の層として、２〜６μｍの厚さを有する内側のＴｉ（Ｃx，Ｎy）層が、７５０〜８５０℃の範囲の温度でＴｉＣｌ4、Ｈ2、Ｎ2及びＲ−ＣＮ化合物（ＲはＣＨ3及び／又はＣ2Ｈ5である）を用いて堆積される。次いで、ＣＶＤ反応器がＮ2／Ｈ2雰囲気中、例えば、５０：５０比のＮ2／Ｈ2雰囲気中で９５０〜１０５０℃まで加熱される。次いで、２〜６μｍの厚さを有する外側のＴｉ（Ｃi，Ｎj）層が、３〜６％ＣＨ4の添加の有無に関わらず、０．７〜１ｂａｒの圧力でＴｉＣｌ4、ＨＣｌ、Ｈ2、Ｎ2を用いて堆積され、外側のＴｉ（Ｃi，Ｎj）層に内側のＴｉ（Ｃx，Ｎy）層よりも高いＮ含有量を付与する。被覆プロセスが完了した後、ＣＶＤ反応器は０．８〜１ｂａｒの圧力及び９５０〜１０５０℃においてＮ2で２時間フラッシングされる。
次いで、被覆されたインサートは、被膜表面を滑らかにする目的並びに様々な層の応力状態を所望のレベルに変更する目的で吹付け加工操作にさらされる。
高い表面平滑性と高い圧縮応力を得るために、被膜は、切れ刃の少なくとも一部及び／又はすくい面の少なくとも一部上に湿式吹付け加工操作を受ける。様々な吹付け加工媒体、例えば、Ａｌ2Ｏ3若しくはＺｒＯ2、グリット、小鋼球、又は他の硬質粒子を吹付け加工操作に使用することができる。吹付け加工媒体は、高い衝撃で被膜表面にぶつけなければならない。この衝撃力は、吹付け加工のパルプ圧力、吹付け加工用ノズルと被膜表面との間の距離、吹付け加工媒体の粒子サイズ、吹付け加工媒体の濃度、及び吹付け加工噴流の衝突角度を調節することによって制御することができる。
１つの実施態様によれば、吹付け加工操作は、水とサイズがＦ２２０又はそれよりも細かい（ＦＥＰＡ規格）Ａｌ2Ｏ3グリットからなるスラリーを用いて、２．５〜３．５ｂａｒの空気圧でインサート当たり約２〜８秒間実施される。
切れ刃とすくい面及び逃げ面の両方に吹付け加工を施すことが、ステンレス鋼又はノジュラー鋳鉄のようなスミアリング材料を切削する場合に、また、チップハンマリング（ｃｈｉｐ ｈａｍｍｅｒｉｎｇ）が起こりうる場合にも好ましい実施態様である。異なる吹付け加工圧力をすくい面及び逃げ面側に用いて層に異なる応力レベルを付与することができる。
［例Ａ（本発明）］
１０ｗｔ％のＣｏ、１ｗｔ％のＣｒ及びＷＣの組成を有するＣＮＭＧ１２０４０８−ＱＭ、ＤＣＭＴ１１Ｔ３０４−ＭＦ、及びＤＣＥＴ１１Ｔ３０２−ＵＭ型の超硬インサートを、以下のようにＣＶＤ技術により層構造で被覆した。約１μｍの厚さを有する（超硬合金からの内部拡散による）幾らかの炭素を含有する第１の接着ＴｉＮ層をＴｉＣｌ4、Ｈ2及びＮ2を用いて９３０℃で堆積した。４μｍの厚さを有する内側のＴｉ（Ｃx，Ｎy）層をＴｉＣｌ4、Ｈ2、Ｎ2及びＣＨ3ＣＮを用いて８３０℃で堆積した。反応器をＮ2／Ｈ2雰囲気中で１０００℃まで加熱した。次いで、２μｍ厚さの外側のＴｉＮ層をＴｉＣｌ4、Ｈ2及びＮ2を用いて堆積した。堆積プロセスの後、インサートをＮ2雰囲気中において１０００℃の温度で２時間熱処理した。
１０ｗｔ％のＣｏ、１ｗｔ％のＣｒ及びＷＣの組成を有するＣＮＭＧ１２０４０８−ＱＭ、ＤＣＭＴ１１Ｔ３０４−ＭＦ、及びＤＣＥＴ１１Ｔ３０２−ＵＭ型の超硬インサートを、以下のようにＣＶＤ技術により層構造で被覆した。約１μｍの厚さを有する（超硬合金からの内部拡散による）幾らかの炭素を含有する第１の接着ＴｉＮ層をＴｉＣｌ4、Ｈ2及びＮ2を用いて９３０℃で堆積した。４μｍの厚さを有する内側のＴｉ（Ｃx，Ｎy）層をＴｉＣｌ4、Ｈ2、Ｎ2及びＣＨ3ＣＮを用いて８３０℃で堆積した。反応器をＮ2／Ｈ2雰囲気中で１０００℃まで加熱した。次いで、２μｍ厚さの外側のＴｉＮ層をＴｉＣｌ4、Ｈ2及びＮ2を用いて堆積した。堆積プロセスの後、インサートをＮ2雰囲気中において１０００℃の温度で２時間熱処理した。
堆積プロセスの後、インサートを切れ刃とすくい面上に関して強力な湿式吹付け加工操作にさらした。吹付け加工圧力は２．８ｂａｒであり、インサートを５秒間吹付け加工した。
［例Ｂ（本発明）］
Ｃ2Ｈ5ＣＮの代わりにＣＨ3ＣＮを使用し、青銅／銅色のＮリッチＴｉ（Ｃi，Ｎj）層の代わりに２μｍの上部ＴｉＮ層を使用したこと以外は例Ａに従って、例Ａと同じような超硬基材を被覆した。この層は１０００℃及び８００ｍｂａｒでプロセスガスとしてＴｉＣｌ4、ＣＨ4、Ｈ2、Ｎ2及びＨＣｌを用いて堆積した。
Ｃ2Ｈ5ＣＮの代わりにＣＨ3ＣＮを使用し、青銅／銅色のＮリッチＴｉ（Ｃi，Ｎj）層の代わりに２μｍの上部ＴｉＮ層を使用したこと以外は例Ａに従って、例Ａと同じような超硬基材を被覆した。この層は１０００℃及び８００ｍｂａｒでプロセスガスとしてＴｉＣｌ4、ＣＨ4、Ｈ2、Ｎ2及びＨＣｌを用いて堆積した。
［例Ｃ（従来技術）］
１０ｗｔ％のＣｏ、１ｗｔ％のＣｒ及びＷＣの組成を有するＣＮＭＧ１２０４０８−ＱＭ、ＤＣＭＴ１１Ｔ３０４−ＭＦ、及びＤＣＥＴ１１Ｔ３０２−ＵＭ型の超硬切削インサートを、以下のようにＣＶＤ技術により層構造で被覆した。１μｍの厚さを有するおよその組成がＴｉＣ0.05Ｎ0.95層である第１の接着Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）層をＴｉＣｌ4、Ｈ2及びＮ2を用いて９３０℃で堆積した。５μｍの厚さを有するおよその組成がＴｉＣ0.56Ｎ0.44である機能的なＴｉ（Ｃx，Ｎy）層をＴｉＣｌ4、Ｈ2、Ｎ2及びＣＨ3ＣＮを用いて８４５℃（ＭＴ−ＣＶＤ）で堆積した。０．７μｍの厚さを有する第３のＡｌ2Ｏ3層をＡｌＣｌ3、Ｈ2、ＣＯ2及びＨ2Ｓを用いて１０１０℃で堆積した。最後に、上部に１．１μｍの厚さを有するＴｉＮ／ＴｉＣ多層をＴｉＣｌ4、Ｈ2、ＣＨ4及びＮ2を用いて堆積した。被膜層の組成はＸＲＤ及びヴェガード則によって評価した。
１０ｗｔ％のＣｏ、１ｗｔ％のＣｒ及びＷＣの組成を有するＣＮＭＧ１２０４０８−ＱＭ、ＤＣＭＴ１１Ｔ３０４−ＭＦ、及びＤＣＥＴ１１Ｔ３０２−ＵＭ型の超硬切削インサートを、以下のようにＣＶＤ技術により層構造で被覆した。１μｍの厚さを有するおよその組成がＴｉＣ0.05Ｎ0.95層である第１の接着Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）層をＴｉＣｌ4、Ｈ2及びＮ2を用いて９３０℃で堆積した。５μｍの厚さを有するおよその組成がＴｉＣ0.56Ｎ0.44である機能的なＴｉ（Ｃx，Ｎy）層をＴｉＣｌ4、Ｈ2、Ｎ2及びＣＨ3ＣＮを用いて８４５℃（ＭＴ−ＣＶＤ）で堆積した。０．７μｍの厚さを有する第３のＡｌ2Ｏ3層をＡｌＣｌ3、Ｈ2、ＣＯ2及びＨ2Ｓを用いて１０１０℃で堆積した。最後に、上部に１．１μｍの厚さを有するＴｉＮ／ＴｉＣ多層をＴｉＣｌ4、Ｈ2、ＣＨ4及びＮ2を用いて堆積した。被膜層の組成はＸＲＤ及びヴェガード則によって評価した。
堆積プロセスの後、インサートを切れ刃とすくい面上に関して水と２４０メッシュサイズのＡｌ2Ｏ3グリットからなるスラリーを用いて強力な湿式吹付け加工操作にさらした。吹き付け器はインサートのすくい面に対して角度が９０度であった。吹付け加工圧力は、上部のＴｉＮ／ＴｉＣ多層とＡｌ2Ｏ3層が吹付け加工された表面から完全に除去されるように２．６ｂａｒに選択した。インサートのすくい面は、滑らかな光沢のある銀白色の表面を示した。
［例Ｄ（従来技術）］
ＣＮＭＧ１２０４０８−ＱＭ、ＤＣＭＴ１１Ｔ３０４−ＭＦ、及びＤＣＥＴ１１Ｔ３０２−ＵＭ型の高い靭性特性を有する大手工具製造業者から商業的に入手可能なＰＶＤ被覆のインサートを切削試験において対照標準として使用した。被膜は４μｍのＴｉＮであった。エンドユーザーは、厳しい切削操作についてこのＰＶＤグレードを選択し、それゆえ以下の切削試験においてそれを使用した。
ＣＮＭＧ１２０４０８−ＱＭ、ＤＣＭＴ１１Ｔ３０４−ＭＦ、及びＤＣＥＴ１１Ｔ３０２−ＵＭ型の高い靭性特性を有する大手工具製造業者から商業的に入手可能なＰＶＤ被覆のインサートを切削試験において対照標準として使用した。被膜は４μｍのＴｉＮであった。エンドユーザーは、厳しい切削操作についてこのＰＶＤグレードを選択し、それゆえ以下の切削試験においてそれを使用した。
吹付け加工操作の後、組織分析を、Ｃｕ−ＫαのＸ線源を備えたＸ線回折計（ＰＡＮ Ｘ’Ｐｅｒｔ Ｐｒｏ ＭＰＤ）を用いたＸＲＤ技術により、例Ａ、Ｂ及びＣからの内側ＴｉＣxＮy層について実施した。回折計の設定は、Ｂｒａｇｇ Ｂｒｅｎｔａｎｏ型、電圧＝４５ｋＶ、電流＝４０ｍＡ、発散／抗散乱スリット＝０．２５°固定、ソーラースリット＝０．０２ｒａｄ、走査範囲＝２０〜１３０°であった。
ｈｋｌ反射（１１１）、（２００）、（２２０）、（３３１）、（４２０）、（４２２）に関するピーク強度Ｉ（ｈｋｌ）を（インサートの逃げ面について）測定し、組織係数ＴＣ（ｈｋｌ）の計算において使用した。
Ｉ（ｈｋｌ）＝（ｈｋｌ）反射の測定強度
Ｉ0（ｈｋｌ）＝ＡＳＴＭ規格の粉末回折データの標準強度 Ｎｏ ４２−１４８９，参考文献：Ｇｕｉｌｅｍａｎｙ，Ｊ．，Ａｌｃｏｂｅ，Ｘ．，Ｓａｎｃｈｉｚ，Ｉ．，Ｐｏｗｄｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，第７巻，第３４頁（１９９２）
ｎ＝計算に用いた反射数
Ｉ0（ｈｋｌ）＝ＡＳＴＭ規格の粉末回折データの標準強度 Ｎｏ ４２−１４８９，参考文献：Ｇｕｉｌｅｍａｎｙ，Ｊ．，Ａｌｃｏｂｅ，Ｘ．，Ｓａｎｃｈｉｚ，Ｉ．，Ｐｏｗｄｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，第７巻，第３４頁（１９９２）
ｎ＝計算に用いた反射数
以下の組織係数が得られた。
次に、内側のＴｉＣxＮy層の残留応力σを、Ｉ．Ｃ．Ｎｏｙａｎ，Ｊ．Ｂ．Ｃｏｈｅｎ，Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｓｔｒｅｓｓ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｂｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９８７（第１１７−１３０頁）に記載されている周知のｓｉｎ2Ψ法を用いたＸＲＤ測定によって吹付け加工された被膜表面について評価した。
応力の評価は、レーザービデオ位置調整、オイラーの１／４クレードル、Ｘ線源（ＣｕＫα輻射）としての回転陽極、及び領域検出器（Ｈｉ−ｓｔａｒ）を備えたＸ線回折計Ｂｒｕｋｅｒ Ｄ８ Ｄｉｓｃｏｖｅｒ−ＧＡＤＤＳによりΨ幾何学を用いて実施した。ビームの焦点を合わせるのに０．５ｍｍサイズのコリメータを使用した。解析は、２θ＝１２６°、ω＝６３°及びΦ＝０°、９０°、１８０°、２７０°にセットしたゴニオメータを用いてＴｉＣxＮyの（４２２）反射について実施した。０°と７０°の間の８個のΨ傾斜を各Φ角度に関して実施した。ｓｉｎ2Ψ法により、一定のヤング率Ｅ＝４８０ＧＰａ及びポアソン比ν＝０．２０で以ってＢｒｕｋｅｒ ＡＸＳからのソフトウェアＤＩＦＦＲＡＣPlus Ｓｔｒｅｓｓ ３２ ｖ．１．０４を使用し、Ｐｓｅｕｄｏ−Ｖｏｉｇｔ−Ｆｉｔ関数を使用して反射の位置決めをして残留応力を評価した。２軸応力状態を確認し、この平均値を残留応力値として用いた。
すべての切削試験はエンドユーザーの使用地において実施した。
［切削試験１］
例Ａ、Ｃ及びＤに従って被覆されたＣＮＭＧ１２０４０８−ＱＭ型のインサートを、ブリネル硬度２３０を有する低合金鋼２１ＣｒＭｏＶ５７から作成されたシャフトの旋削操作において試験した。操作は、要求の厳しい逃げ面及びクレータ摩耗に分類される。
［切削データ］
切削速度： ２００ｍ／分
送り速度： ０．３０ｍｍ／回転
切削深さ： ３．２５ｍｍ
クーラント： エマルション
［結果］
インサートＤは、過度の摩耗のためそしてさらに使用すると破損の危険性が高いため４３個の部品の後に取り除かれた。インサートＡ及びＣは５３個の部品まで試験され、顕微鏡で観察された。インサートＡがインサートＣよりも摩耗が少なく、したがってさらに使用できることが明らかであった。
［切削試験１］
例Ａ、Ｃ及びＤに従って被覆されたＣＮＭＧ１２０４０８−ＱＭ型のインサートを、ブリネル硬度２３０を有する低合金鋼２１ＣｒＭｏＶ５７から作成されたシャフトの旋削操作において試験した。操作は、要求の厳しい逃げ面及びクレータ摩耗に分類される。
［切削データ］
切削速度： ２００ｍ／分
送り速度： ０．３０ｍｍ／回転
切削深さ： ３．２５ｍｍ
クーラント： エマルション
［結果］
インサートＤは、過度の摩耗のためそしてさらに使用すると破損の危険性が高いため４３個の部品の後に取り除かれた。インサートＡ及びＣは５３個の部品まで試験され、顕微鏡で観察された。インサートＡがインサートＣよりも摩耗が少なく、したがってさらに使用できることが明らかであった。
［切削試験２］
例Ａ、Ｃ及びＤに従って被覆されたＤＣＭＴ１１Ｔ３０４−ＭＦ型のインサートを、ブリネル硬度２５０を有する４２ＣｒＭｏ４鋼から作成されたシャフトの長手方向及び正面を組み合わせた旋削操作において試験した。操作は、要求の厳しいコーティングの耐摩耗性、靭性及び剥離に分類される。
［切削データ］
切削速度： ９４ｍ／分
送り速度： ０．１８ｍｍ／回転
切削深さ： １．７ｍｍ
クーラント： エマルション
［結果］
インサートＡ（本発明）： ３７０個の部品を製造した。
インサートＣ（従来技術）：３００個の部品を製造した。
インサートＤ（従来技術）：３４０個の部品を製造した。
切削を停止する理由は、さらに使用した場合にインサートが破損する危険性とともに切れ刃に沿った摩耗及びチッピングであった。
例Ａ、Ｃ及びＤに従って被覆されたＤＣＭＴ１１Ｔ３０４−ＭＦ型のインサートを、ブリネル硬度２５０を有する４２ＣｒＭｏ４鋼から作成されたシャフトの長手方向及び正面を組み合わせた旋削操作において試験した。操作は、要求の厳しいコーティングの耐摩耗性、靭性及び剥離に分類される。
［切削データ］
切削速度： ９４ｍ／分
送り速度： ０．１８ｍｍ／回転
切削深さ： １．７ｍｍ
クーラント： エマルション
［結果］
インサートＡ（本発明）： ３７０個の部品を製造した。
インサートＣ（従来技術）：３００個の部品を製造した。
インサートＤ（従来技術）：３４０個の部品を製造した。
切削を停止する理由は、さらに使用した場合にインサートが破損する危険性とともに切れ刃に沿った摩耗及びチッピングであった。
［切削試験３］
例Ａ及びＣに従って被覆されたＤＣＥＴ１１Ｔ３０２−ＵＭ型のインサートを、合金鋼ＳＳ２２２５８−０２から作成された直径３０ｍｍの自動車部品の外周旋削、軸方向仕上げ削り操作において試験した。
［切削データ］
切削速度： ３３６ｍ／分
送り速度： ０．０８ｍｍ／回転
切削深さ： ０．１５ｍｍ
クーラント： エマルション
インサートＡ（本発明）： ２６５個の部品を製造した。
インサートＣ（従来技術）：１２７個の部品を製造した。
切削を停止する理由は、部品の不良な仕上げ面粗さであった。
例Ａ及びＣに従って被覆されたＤＣＥＴ１１Ｔ３０２−ＵＭ型のインサートを、合金鋼ＳＳ２２２５８−０２から作成された直径３０ｍｍの自動車部品の外周旋削、軸方向仕上げ削り操作において試験した。
［切削データ］
切削速度： ３３６ｍ／分
送り速度： ０．０８ｍｍ／回転
切削深さ： ０．１５ｍｍ
クーラント： エマルション
インサートＡ（本発明）： ２６５個の部品を製造した。
インサートＣ（従来技術）：１２７個の部品を製造した。
切削を停止する理由は、部品の不良な仕上げ面粗さであった。
［切削試験４］
例Ａ、Ｃ及びＤからのＤＣＭＴ１１Ｔ３０８−ＭＭインサートを、断面７０＊１２０ｍｍを有するオーステナイトステンレス鋼のバーの正面削り操作において試験した。１回のサイクルは、直径７０ｍｍへの最初の断続切削、続いて最終直径６０ｍｍへの連続切削からなるものであった。各試験において、インサートの一方のコーナーをインサートのエッジが破損する前に可能な限り多くのサイクルで使用した。変形態様のそれぞれについて、７回の試験を行った。加工物の形状のために、インサートは、中心部を除いて操作全体のほとんどの間、加工物から出たり再度入ったりする。したがって、この試験は、靭性に関して高い要求を置くものである。
操作： 旋削、正面削り
材料： ＡＮＳＩ ３１６（ＳＳ２３４３−２８ ＰＲＯＤＥＣ）
切削速度： ２２０ｍ／分
送り： ０．２ｍｍ／回転
切削深さ： ０．８ｍｍ
クーラント： エマルション
本発明によるインサートである例Ａでは２７回のサイクルが実施され、例Ｃ（従来技術）に従って作成されたインサートでは２５回のサイクル、例Ｄ（従来技術）では１０回のサイクルであった。
例Ａ、Ｃ及びＤからのＤＣＭＴ１１Ｔ３０８−ＭＭインサートを、断面７０＊１２０ｍｍを有するオーステナイトステンレス鋼のバーの正面削り操作において試験した。１回のサイクルは、直径７０ｍｍへの最初の断続切削、続いて最終直径６０ｍｍへの連続切削からなるものであった。各試験において、インサートの一方のコーナーをインサートのエッジが破損する前に可能な限り多くのサイクルで使用した。変形態様のそれぞれについて、７回の試験を行った。加工物の形状のために、インサートは、中心部を除いて操作全体のほとんどの間、加工物から出たり再度入ったりする。したがって、この試験は、靭性に関して高い要求を置くものである。
操作： 旋削、正面削り
材料： ＡＮＳＩ ３１６（ＳＳ２３４３−２８ ＰＲＯＤＥＣ）
切削速度： ２２０ｍ／分
送り： ０．２ｍｍ／回転
切削深さ： ０．８ｍｍ
クーラント： エマルション
本発明によるインサートである例Ａでは２７回のサイクルが実施され、例Ｃ（従来技術）に従って作成されたインサートでは２５回のサイクル、例Ｄ（従来技術）では１０回のサイクルであった。
Claims (8)
- 被膜と基材を含む被覆された切削工具であって、基材が、２つの隣接するＴｉ（Ｃ，Ｎ）層である内側のＴｉ（Ｃx，Ｎy）層（式中、ｘ＋ｙ＝１）と外側のＴｉ（Ｃi，Ｎj）層（式中、ｉ＋ｊ＝１）を含む４〜１０μｍ厚さの被膜で少なくとも部分的に被覆され、ｊ＞ｙであり、内側のＴｉ（Ｃx，Ｎy）層の残留応力状態と外側のＴｉ（Ｃi，Ｎj）層の残留応力状態との差Δが、切れ刃の少なくとも一部及び／又はすくい面の少なくとも一部上で１０００ＭＰａ≦Δ≦２５００ＭＰａである、被覆された切削工具。
- 前記内側のＴｉ（Ｃx，Ｎy）層が、ＴＣ（１１１）＋ＴＣ（４２２）≧２．５の組織を有する、請求項１に記載の切削工具。
- 前記内側のＴｉ（Ｃx，Ｎy）層の残留応力状態が＋５００ＭＰａ〜−４００ＭＰａであり、前記外側のＴｉ（Ｃi，Ｎj）層の残留応力状態が−９００ＭＰａ〜−２４００ＭＰａである、請求項１又は２に記載の切削工具。
- 前記内側のＴｉ（Ｃx，Ｎy）層と前記外側のＴｉ（Ｃi，Ｎj）層の両方の残留応力状態が＜０である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の切削工具。
- 前記被膜が、立方晶構造を有するＴｉ（Ｃm，Ｎn）の第１の最も内側の層をさらに含み、ｍ＋ｎ＝１及びｎ＞ｍである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の切削工具。
- 前記外側のＴｉ（Ｃi，Ｎj）層の上面を０．５〜３μｍの厚さを有するＰＶＤ層で被覆した、請求項１〜５のいずれか１項に記載の切削工具。
- 前記ＰＶＤ層がＡｌ2Ｏ3層である、請求項６に記載の切削工具。
- 被膜と基材を含む被覆された切削工具を製造する方法であって、被膜が、２つの隣接するＴｉ（Ｃ，Ｎ）層である内側のＴｉ（Ｃx，Ｎy）層（式中、ｘ＋ｙ＝１）と外側のＴｉ（Ｃi，Ｎj）層（式中、ｉ＋ｊ＝１）を含み、ｊ＞ｙであり、被膜が湿式吹付け加工操作にさらされ、内側のＴｉ（Ｃx，Ｎy）層の残留応力状態と外側のＴｉ（Ｃi，Ｎj）層の残留応力状態との差Δが、切れ刃の少なくとも一部及び／又はすくい面の少なくとも一部上で１０００ＭＰａ≦Δ≦２５００ＭＰａであるようにされる、方法。
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